Question

15．工業(yè)上用鋁土礦（主要成分為A1₂O₃，還有少量的Fe₂O₃、SiO₂等雜質(zhì)）提取氧化鋁作冶煉鋁的原料，提取的操作過程如下：

（1）I和II步驟中分離溶液和沉淀的操作是：過濾；沉淀M中除含有泥沙及SiO₂外，一定還含有Fe₂O₃；I中含鋁元素反應(yīng)的化學(xué)方程式為：A1₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O
（2）若向?yàn)V液X中通足量的CO2氣體，則濾液Y中含碳元素的溶質(zhì)的化學(xué)式為NaHCO₃，濾液X生成Al（OH）₃的離子方程式為：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-．
（3）實(shí)驗(yàn)室里常用AlCl₃溶液加氨水來(lái)制取Al（OH）₃，請(qǐng)寫出該反應(yīng)的離子方程式Al³⁺+3NH₃．H₂O═Al（OH）₃↓+3NH₄⁺．
（4）向20mL，0.5mol•L^-1的AlCl₃溶液中滴入2mol•L^-1NaOH溶液時(shí)，假設(shè)溶液中有0.39g Al（OH）₃沉淀，則此時(shí)用去NaOH溶液體積為7.5 或17.5mL．

Answer 1

分析 鋁土礦中含有A1₂O₃、Fe₂O₃、SiO₂等，NaOH和A1₂O₃、SiO₂反應(yīng)生成可溶性鹽，F(xiàn)e₂O₃不溶于NaOH，所以M的成分主要是Fe₂O₃，濾液中的成分為Na₂SiO₃、NaAlO₂，向?yàn)V液X中通入二氧化碳，并控制一定反應(yīng)條件，得到Al（OH）₃，濾液Y中含有碳酸氫鈉、硅酸鈉，Al（OH）₃加熱分解生成氧化鋁，所以N的成分是A1₂O₃，結(jié)合基本操作方法、物質(zhì)的性質(zhì)分析解答，
（1）分離不溶性固體和溶液的方法為過濾，通過以上分析知，M中除了含有泥沙外，還含有Fe₂O₃，固體N是Al₂O₃，I中含鋁元素反應(yīng)是氧化鋁和氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和水；
（2）分析可知濾液X成分為Na₂SiO₃、NaAlO₂，通足量的CO₂氣體，和硅酸鈉反應(yīng)生成白色沉淀硅酸，和偏鋁酸鈉溶液反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀，溶質(zhì)生成碳酸氫鈉溶液；
（3）氫氧化鋁屬于兩性化合物，能溶于強(qiáng)酸和強(qiáng)堿，但不能溶于弱堿，所以用氯化鋁溶液和氨水制取反應(yīng)生成氫氧化鋁和氯化銨；
（4）沉淀的質(zhì)量為最大值的一半時(shí)，對(duì)應(yīng)的氫氧化鈉的體積有兩個(gè)，一個(gè)是氫氧化鈉不足量生成0.39g沉淀所用的體積，一個(gè)是有部分沉淀溶解所需氫氧化鈉的體積，依據(jù)化學(xué)方程式定量關(guān)系計(jì)算．

解答 解：鋁土礦中含有A1₂O₃、Fe₂O₃、SiO₂等，NaOH和A1₂O₃、SiO₂反應(yīng)生成可溶性鹽，F(xiàn)e₂O₃不溶于NaOH，所以M的成分主要是Fe₂O₃，濾液中的成分為Na₂SiO₃、NaAlO₂，向?yàn)V液X中通入二氧化碳，并控制一定反應(yīng)條件，得到Al（OH）₃，濾液Y中含有碳酸氫鈉、硅酸鈉，Al（OH）₃加熱分解生成氧化鋁，所以N的成分是A1₂O₃，
（1）分離不溶性固體和溶液的方法為過濾，所以Ⅰ和Ⅱ步驟中分離溶液和沉淀的操作是；過濾，通過以上分析知，M中除了含有泥沙外，還含有Fe₂O₃，固體N是Al₂O₃，I中含鋁元素反應(yīng)是氧化鋁和氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：A1₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O
故答案為：過濾；Fe₂O₃；A1₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O；
（2）若向?yàn)V液X成分為Na₂SiO₃、NaAlO₂，通足量的CO₂氣體，和硅酸鈉反應(yīng)生成白色沉淀硅酸，和偏鋁酸鈉溶液反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀，溶質(zhì)生成碳酸氫鈉溶液，則濾液Y中含碳元素的溶質(zhì)為NaHCO₃，濾液X生成Al（OH）₃的反應(yīng)離子方程式為：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，
故答案為：NaHCO₃；AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（3）氫氧化鋁屬于兩性化合物，能溶于強(qiáng)酸和強(qiáng)堿，但不能溶于弱堿，所以用氯化鋁溶液和氨水制取氫氧化鋁，反應(yīng)方程式為：AlCl₃+3NH₃•H₂O═Al（OH）₃↓+3NH₄Cl，反應(yīng)的離子方程式為：Al³⁺+3NH₃．H₂O═Al（OH）₃↓+3NH₄⁺，
故答案為：Al³⁺+3NH₃．H₂O═Al（OH）₃↓+3NH₄⁺；
（4）當(dāng)沉淀的質(zhì)量為最大值的一半時(shí)，對(duì)應(yīng)的氫氧化鈉的體積有兩個(gè)，一個(gè)是氫氧化鈉不足量生成0.39g沉淀所用的體積，一個(gè)是有部分沉淀溶解所需氫氧化鈉的體積．
①氯化鋁過量生成沉淀所用氫氧化鈉的體積：
設(shè)生成0.39g沉淀需氫氧化鈉的體積為xL．
AlCl₃+3NaOH=Al（OH）₃↓+3NaCl
      3mol               78g
  2mol/L×xL            0.39g
x=0.0075
所以氫氧化鈉的體積為7.5mL；
②部分沉淀溶解所需氫氧化鈉的體積
設(shè)生成0.78g沉淀所需氫氧化鈉的體積為yL；
AlCl₃+3NaOH=Al（OH）₃↓+3NaCl
      3mol              78g
  2mol/L×yL          0.78g
 y=0.015L=15mL；
設(shè)生成的0.78g沉淀有0.39g溶解所需氫氧化鈉的體積為zL．
Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O
78g       1mol
0.39g 2mol/L×z L
z=0.0025L=2.5mL
所以當(dāng)生成的沉淀又有0.39g 溶解時(shí)所用的氫氧化鈉的體積為 15mL+2.5mL=17.5 mL
故答案為：7.5 或17.5．

點(diǎn)評(píng) 本題以鋁為載體考查了工藝流程、分析問題的能力、計(jì)算能力等，明確NaOH溶液逐滴加入到AlCl₃溶液中的反應(yīng)情況．明確物質(zhì)的性質(zhì)是解本題關(guān)鍵，根據(jù)物質(zhì)間的反應(yīng)來(lái)分析解答，會(huì)從整體上分析問題，并遷移基礎(chǔ)知識(shí)解答，題目難度中等．